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Mecánica de RocasTema 5.

Clasificación de Macizos Rocosos

Universidade da Coruña

Jordi Delgado MartínE.T.S. Ingenieros de Caminos,

Canales y Puertos

Tema 5.

Clasificación de Macizos Rocosos

¿Por qué? ¿Para qué?

1 2 3

4 5 6

Necesidad de una Sistemática

2

Algunas Interacciones en Macizos Rocosos Comportamiento del Macizo

Tensiones in situ Bajas

Rocas MasivasNo se requieren sostenimientos

permanentes. Por motivos de seguridad, durante la construcción

puede ser preciso emplear sostenimientos

ligeros

Rocas Algo Fracturadas

Serán necesarios bulones puntuales para prevenir el desprendimiento de

determinados bloques de roca y cuñas. Los bulones deben ser

activos

Rocas Muy FracturadasBulones ligeros emplazados

sistemáticamente junto con mallazo y/o hormigón proyectado y control de los desprendimientos de fragmentos superficiales

de la excavación

Tensiones in situ Altas

Rocas MasivasBulones y pernos

junto con mallazo y hormigón proyectado

para inhibir lafracturación y mantener los

bloques sueltos en su sitio

Rocas Algo Fracturadas

Bulones pesados inclinados para

interceptar las juntas. Mallazo u hormigón

proyectado reforzado con fibra de acero en la clave y hastiales de la

excavación

Rocas Muy FracturadasBulones pesados sistemáticos

y hormigón proyectado reforzado con fibra de

acero. A veces, cerchas de acero deslizantes. Pueden ser necesarios encofrados

perdidos y placas de hormigón en la solera para prevenir levantamientos

3

Racionalización de una Excavación

Para una Psost constante, las tensiones in situ bajas implican menores deformaciones que las

tensiones in situ altas

Relación entre la presión de sostenimientoy la deformación de un túnel, para distintas relaciones

de resistencia de macizo rocoso y tensiones in situ

Tensiones in situ y Deformaciones

Radio del túnel (m)

Pres

ión

de s

oste

nimient

o (M

Pa)

Elección de SostenimientosClasificación de Macizos –

Ideas GeneralesInicialmente se desarrollaron para la estimación de sostenimientos de túneles. Se utilizan en proyectos de viabilidad y en las etapas preliminares de diseño.Algunas clasificaciones constan de simples listas de comprobación mientras que otras presentan esquemas muy detallados.Su objetivo es dar una idea clara del macizo rocoso y de su variabilidad espacial.

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Clasificación de Macizos –Ideas Generales

Sirven para obtener estimaciones preliminares (basadas en reglas empíricas) sobre la necesidad de sostenimiento de excavaciones subterráneas (túneles, cavernas, …) o superficiales (taludes, cortas, etc.)

Constituyen una herramienta ingenieril práctica que obliga al usuario a examinar las propiedades del macizo rocoso.

No reemplaza a los métodos de diseño avanzados.

Se aplica de forma específica a emplazamientos específicos.

Clasificación de Terzaghi(1946)

K. von Terzaghi

carga litostática(rock load)

Descripción de los Macizos

Descripción de los Tipos de RocaIntactaEstratificadaModeradamente fracturadaTrituradaFluyente (evaporitas,…)Expansiva (anhidrita, arcillas, …)

Ejemplo de Sostenimiento Características de la roca

Carga litostática, Hp (en pies)

Notas

1 Roca dura e intacta 0 Revestimiento ligero, necesario sólo en caso de fenómenos de descompresión

2 Roca dura estratificada o esquistosa

0 − 0.5B

3 Roca masiva y moderadamente fisurada

0 − 0.25B

Revestimiento ligero. La carga puede variar erráticamente de un punto a otro

4 Roca moderadamente fracturada en bloques y fisurada 0.25B a 0.35(B+Ht) Sin presión lateral

5 Roca muy fracturada en bloques y fisurada

(0.35 − 1.10)(B+Ht) Pequeña o nula presión lateral

6 Roca completamente triturada

pero químicamente intacta (no re-cementada)

1.10(B+Ht)

Presión lateral importante. El efecto ablandante de las filtraciones de agua hacia la parte baja del túnel requiere, bien soportes

continuos para la parte inferior de las cerchas o bien cerchas circulares

7 Roca fluente a moderada profundidad (1.10 − 2.10)(B+Ht)

8 Roca fluente a gran profundidad (2.10 − 4.50)(B+Ht)

Muy altas presiones laterales. Se requiere contrabóveda y se recomienda emplear

cerchas circulares

9 Roca expansiva Hasta 250 pies,

independiente del valor de (B+Ht)

Se requieren cerchas circulares. En casos extremos deben usarse soportes deslizantes

5

LimitacionesNo proporciona información cuantitativa sobre las propiedades del macizo rocoso, siendo demasiado general como para permitir una evaluación objetiva de las calidades de la masa rocosa.

No considera la interacción existente entre el terreno y el revestimiento.

No es adecuada para los modernos sistemas constructivos de túneles, que emplean hormigón proyectado y anclajes para el sostenimiento

Clasificación de Lauffer (1956)Introduce dos factores importantes:

Tiempo de sostenimiento (stand-up time)Vano crítico (active span)

Clasificación de Lauffer (1956) Clasificación de Lauffer (1956)

Tipo de Macizo Rocoso Sostenimiento Sostenimiento con

fortificación de madera A Firme, resistente No se requiere No se requiere

B Se rompe a posteriori Hormigón proyectado en capa de 2 a 3 cm o anclajes de 1.5 a 2 m con malla y,

en determinados casos, solo chapas Protección de cabeza

C Se rompe a posteriori con facilidad

Hormigón proyectado en capa de 3 a 5 cm o anclajes de 1 a 1.5 m con malla y, a

veces, solo placas de anclaje

Revestimiento de techo o de testero

D Quebradizo

Hormigón proyectado en capa de 5 a 7 cm con malla o anclajes de 0.7 a 1 m con

malla y hormigón proyectado de 3 cm de espesor

Entibación ligera

E Muy quebradizo Hormigón proyectado en capa de 7 a 15

cm con malla y, caso de ser posible, anclajes cada 0.5 a 1.2 m

Entibación semipesada

F Compresible

Hormigón proyectado de 15 a 20 cm con mallas metálicas y cuadros de acero o cuadro con revestimiento y posterior

inyección de cemento.

G Muy compresible Cuadros de acero con hormigón proyectado

Entibación de tablestacas, con o sin escudo

6

LimitacionesDificultad para determinar los dos parámetros en los que se basa (active span y stand-up time).

Su importancia radica en que ...

El concepto de tiempo de sostenimiento ha sido importante para desarrollar el sistema NATM (New Austrian Tunnelling Method).

Clasificación NATM

Su elaboración se debe a los trabajos de L. von Rabcewicz, L. Müller y F. Pacher, entre 1957 y 1965.

NATM es una aproximación o filosofía que integra los principios de comportamiento de macizos rocosos bajo carga y la auscultación del comportamiento de las excavaciones subterráneas durante su construcción

Características NATMMovilización de la resistencia del macizo rocoso. El método se basa en la conservación resistencia inherente al propio macizo rocoso que rodea la construcción de manera que constituya un sustento primario al propio túnel.

Uso de hormigón proyectado. Para preservar la capacidad de carga del macizo deben ser minimizados su potencial debilitamiento como resultado de una la excesiva deformación.

Auscultación. NATM requiere la instalación de un sofisticado sistema de auscultación. Ello proporciona información en relación con la estabilidad de la excavación.

Características NATMUso de soportes flexibles. NATM aboga por la versatilidad y flexibilidad en los sostenimientos. Se prefieren elementos activos en lugar de pasivos.

Cierre del anillo de convergencia. Los sostenimientos no deben emplazarse demasiado pronto tras la excavación dado que la capacidad de movilización del macizo tras la excavación para conformar el anillo de carga no es inmediata.

Consideraciones contractuales. NATM se basa en una auscultación continua durante la construcción. Por ello debe ser posible, en términos contractuales, el cambio de los sistemas de sostenimiento a medida que avanza la construcción, si fuera necesario.

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Características NATMLa clasificación del macizo rocoso determina las medidas de sostenimiento. El pago por la realización de sostenimientos se basa en la clasificación del macizo efectuada tras cada cierto avance. Es, por tanto, un sistema de presupuesto dinámico más que uno de coste cerrado.

Túnel de Arlberg (Austria)

Clasificación de Deere (1962)Rock Quality Designation, RQD.

Su finalidad es dar una estimación cuantitativa de la calidad de un macizo rocoso, a través de testigos de sondeo.

Es igual al % de piezas de testigo intactas de longitud superior o igual a 100 mm, en la longitud total del sondeo.

Clasificación de Deere (1962)

sondeodeltotallongitudmmpiezasentestigodelongitud

xRQD100

100>

=

8

Clasificación de Deere (1962)RQD Calidad de la roca

< 25 % Muy pobre 25 − 50 % Pobre 50 − 75 % Aceptab le 75 − 90 % Buena 90 − 100 % Excelente

RQD debe ser determinado en testigos de, al menos, 54.7 mm

de diámetro (diámetro NX en la terminología americana) y obtenido con un dispositivo de perforación de doble pared.

Las medidas de testigo óptimas son las NX (54.7 mm ) y NQ (47.5 mm) si bien también es posible emplear otros diámetros entre el BQ (36.5 mm) y PQ (85 mm)

Clasificación de Deere (1962)Autor Sin sostenimiento Sostenimiento con

anclajes Sostenimiento con cerchas

RQD 75 − 100 RQD 50 − 75

Espaciados entre 1.5 − 1.8 m

RQD 50 − 75 Cerchas ligeras espaciadas 1.5 a

1.8 m como alternativas a los anclajes

RQD 25 − 50

Espaciados entre 0.9 − 1.5 m

RQD 25 − 50 Cerchas ligeras a medianas

espaciadas de 0.9 a 1.5 m como alternativa a los anclajes

Deere et al (1970)

RQD 0 − 25

Cerchas medianas a circulares pesadas espaciadas de 0.6 a 0.9 m

Cecil (1970) RQD 82 − 100

RQD 52 − 82 Como alternativa a los anclajes, 40 − 60 mm

de hormigón proyectado

RQD 0 − 52 Cerchas u hormigón proyectado

reforzado

Merrit (1972) RQD 72 − 100 RQD 23 − 72

Espaciados entre 1.2 y 1.8 m

RQD 0 − 23

Clasificación de Deere (1962)Elección de sostenimientos de acuerdo con

RQD, de acuerdo con Merrit (1972)

Relación RQD y la clasificación de Terzaghi

(1946)

Clasificación de Deere (1962)

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Priest y Hudson (1976) Priest y Hudson (1976)

( )11.0100 1.0 += − λλeRQD

Frecuencia media entre juntas

Si 6 < λ < 16

4.11068.3 +−= λRQD

Palmstrom (1982)

vJRQD 3.3115 −=

Índice volumétrico de juntas, Jv: Suma del número de juntas por

unidad de longitud

Limitaciones de RQDNo tiene en cuenta propiedades como la presencia de materiales de relleno en las juntas, su continuidad, su rugosidad, o la orientación.

Es un parámetro fuertemente direccional.

Deben discriminarse las fracturas generadas durante los procesos de perforación y manipulación de los testigos de sondeo o por voladuras, las cuales no deben entrar a formar parte del índice RQD.

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Clasificación de Wickham at al. (1972)

Rock Structure Rating, RSR.Introdujo el concepto de puntuación de elementos, obteniendo, así, una valoración numérica. A diferencia de la de Terzaghi, que era cualitativa, esta es cuantitativa (o, al menos, semi cuantitativa)A diferencia de la de Deere (1962), se basa en muchos parámetros.A diferencia de la de Lauffer (1957), la aplicación de RSR no se limita por la experiencia previa de quien la aplica.

Clasificación RSR

RSR = A + B + C

Parámetro A: Geología

Tipo Básico de Roca Estructura Geológica

Dura Media Blanda Descompuesta Masiva

Ligeramente plegada o fallada

Moderadamente plegado o fallada

Muy plegada o fallada

Ígnea 1 2 3 4 Metamórfica 1 2 3 4 Sedimentaria 2 3 4 4

Tipo 1 30 22 15 9 Tipo 2 27 20 13 8 Tipo 3 24 18 12 7 Tipo 4

19 15 10 6

1) Tipo de roca (ígnea, metamórfica o sedimentaria).2) Dureza de la roca (dura, media, baja, descompuesta).3) Estructura geológica (masiva, ligeramente fallada/plegada,

moderadamente fallada/plegada, muy fallada/plegada).

Parámetro B: Geometría

Dirección perp. al eje Dirección paral. al eje Dirección de la excavación

Con y contra el buzamiento

Con el buzamiento

Contra el buzamiento

En cualquier dirección

Inclinación de las juntas principales

Espaciado Medio entre las Juntas

Horiz. Incli. Vert. Incli. Vert. Horiz. Incli. Vert. 1. Muy apretadas (< 2 in) 9 11 13 10 12 9 9 7 2. Apretadas (2 – 6 in) 13 16 19 15 17 14 14 11 3. Mod. Fract. (6 – 12 in) 23 24 28 19 22 23 23 19 4. Mod. a poco fract. (1 – 2 ft) 30 32 36 25 28 30 28 24 5. Poco fract. a masivo (2 – 4 ft) 36 38 40 33 35 36 24 28 6. Masivo (> 4 ft) 40 43 45 37 40 40 38 34

1) Espaciado de las discontinuidades2) Orientación de las discontinuidades (dirección, buzamiento y sentido de buzamiento)3) Dirección del túnel o galería

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Parámetro C: Filtraciones y Juntas

Calidad global del macizo rocoso (combinando A y B)Condiciones de las juntas (buena, aceptable, mala)Caudal de filtración, en gal/min/1000 pies de túnel)

Suma de Parámetros A + B 13 − 44 45 – 75

Estado de las Juntas Caudal de filtración previsto

(gal/min por cada 1000 ft de túnel) Bueno Regular Malo Bueno Regular Malo

Ninguno 22 18 12 25 22 18 Ligero (< 200 gal/min) 19 15 9 23 19 14

Moderado (200 −1000 gal/min) 15 22 7 21 16 12 Alto (> 1000 gal/min) 10 8 6 18 14 10

Corrección de RSR por el Método de Excavación

Diámetro del túnel Factor de ajuste 30 pies (9.15 m) 1.058

8.00 m 1.127 25 pies (7.63 m) 1.135

7.00 m 1.150 20 pies (6.10 m) 1.168

6.00 m 1.171 5.00 m 1.183

15 pies (4.58 m) 1.186 4.00 m 1.192

10 pies (3.05 m) 1.200

RSRc = (A + B + C)*F.A.

Selección de SostenimientosSugerencias sobre

DimensionadoPor Ejemplo:

Para anclajes de φ=25 mm, trabajando a tracción con una carga de 24000 libras-fuerza (~680 kgf)

Wpiesespaciado 24)( =

Peso de la roca(en 1000 lb/ft2)

25.11 Wt +=

15065 RSRDt −+=

Para hormigón proyectado de espesor t

Diámetro de la excavación

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Rock Mass Rating System, RMR

Basada en:Resistencia compresiva uniaxial de la rocaRQDEspaciado entre discontinuidadesEstado de las discontinuidadesFiltracionesOrientación de las discontinuidades

Clasificación de Bieniawski (1973, 1979, 1989) Variantes de RMR

Autor/es Año País Aplicación 1 Weaver 1975 Sudáfrica Facilidad de arranque 2 Laubscher 1977 Sudáfrica Minas 3 Olivier 1979 Sudáfrica Meteorización 4 Ghose y Raju 1981 India Minas de carbón 5 Moreno Tallón 1982 España Túneles 6 Kendorski 1983 USA Minas en rocas duras 7 Nakao et al. 1983 Japón Túneles 8 Serafim y Pereira 1983 Portugal Cimentaciones 9 González Vallejo 1983 España Túneles 10 Unal 1983 USA Anclajes en minas de carbón 11 Romana 1985/1993 España Estabilidad de taludes 12 Newman 1985 USA Minas de carbón 13 Sandbak 1985 USA Capacidad de perforación 14 Smith 1986 USA Facilidad de dragado 15 Venkateswarlu 1986 India Minas de carbón 16 Robertson 1988 Canadá Estabilidad de taludes

Técnicas de Aplicación

El macizo se divide en regiones estructurales.Cada región se clasifica separadamente.Los límites entre zonas pueden ser litológicos,

estructurales, etc.Cada zona puede ser subdividida si se producen

cambios significativos en algún parámetro (p. Ej. espaciado entre juntas).

Revisiones de RMR

Parámetro Valor 1973 1974 1976 1979 1989 Índice de Carga Puntual 7 MPa 5 5 12 12 12

RQD 70 % 14 14 13 13 13 Espaciado entre Juntas 300 mm 20 20 20 10 10 Estado de las Juntas Ligeramente alterado 12 10 20 20 25

Filtraciones Seco 10 10 10 15 15 Factor de ajuste por

orientación de las juntas Muy favorable 15 15 0 0 0

RMR 76 74 75 70 75

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RMR - Sección AAgrupa 5 parámetros principales

Resistencia a la compresión simpleRQDEspaciado entre discontinuidadesEstado de las discontinuidadesCaudal de filtración

Algunos de los parámetros relevantes estas pueden ser interpoladas usando gráficas auxiliares.

RMR Básico

RMR Básico RMR Básico

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RMR BásicoEstimación de RQD mediante

el Espaciado

RMR - Sección BConsidera el factor geométrico de la orientación de las juntas.La suma de los valores de la sección A y la B

constituye el denominado RMR global

Dirección y buzamiento de las juntas

Muy favorable

Favorable Aceptable Desfavorable Muy

desfavorable Túneles y

Minas 0 −2 −5 −10 −12

Cimentaciones 0 −2 −7 −15 −25 Puntuaciones Taludes y

Pendientes 0 −5 −25 −50 −60

RMR - Secciones C y D

Puntuación 100 81 80 61 60 41 40 21 < 20 Categoría del Macizo I II III IV V

Descripción cualitativa Muy bueno Bueno Aceptable Malo Muy malo

Categoría I II III IV V

Tiempo de sostenimiento medio 10 años

con 15 m de vano

6 meses con 8 m de

vano

1 semana con 5 m de

vano

10 horas con 2.5 m de

vano

30 minutos con 1 m de

vano Cohesión (kPa) > 400 300 − 400 200 − 300 100 − 200 < 100

Ángulo de rozamiento > 45º 35º − 45 º 25º − 35 º 15º − 25 º < 15 º

Dirección de las juntas perp. al eje del túnel

Excavación a favor del buzamiento

Excavación en contra del buzamiento

Dirección de las juntas paral. al eje del túnel

Buzamiento de 45º a 90º

Buzamiento de 20º a 45º

Buzamiento de 45º a

90º

Buzamiento de 20º a 45º

Buzamiento de 45º a 90º

Buzamiento de 20º a 45º

Buzamiento de 0º a 20º y

cualquier dirección en

relación al túnel

Muy favorable Favorable Aceptable Desfavorable Muy desfavorable

Aceptable a desfavorable Aceptable

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Ajustes especiales de RMR (p. Ej. minería)

Recomendaciones sobre Sostenimientos

Clasificación de Lauffer (1988) Clasificación de Lauffer (1988)

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Unal (1983)Cálculo del peso máximo, P (en kN) a soportar por un túnel de diámetro B (en m), de acuerdo

con el valor de RMR

BRMRP γ100

100 −=

Peso específico de la roca (kg/m3)

Módulo de deformación (in situ) de la Roca

( )40

10

10−

=RMR

ME

Hoek y Brown (1980)sm

ccc

++=σσ

σσ

σσ 131

−

=28

100exp

RMRmm i

−

=9

100exp

RMRs

−

=14

100exp

RMRmm i

−=

6100exp RMRs

Macizos poco perturbados(excavados mediante TBM o voladuras suaves)

Macizos perturbados (grandes pendientes o afectados por voladuras intensas)

Modelo de resistencia de macizos rocosos

Relación entre RMR y el Sistema Q

44ln9 += QRMR

42ln5.10 += QRMR

4.1277.0 += RMRRSR

Bieniwaski (1976)

Abad et al. (1983)

Rutledge y Preston (1978) y Moreno Tallón (1982)

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Clasificación de Romana: Slope Mass Rating, SMR

SRM = RMR + (F1 x F2 x F3) + F4

F1 depende del paralelismo entre la dirección de las juntas y la del plano del talud:

= 1.0 (cuando ambos son paralelos)= 0.15 (cuando forman un ángulo superior a 30º

( )[ ]21 1 sjsenF αα −−=

orientación de las juntas orientación del talud

SMRF2 depende del buzamiento de la junta. En el caso de roturas planas:

= 1.0 (para juntas con buzamiento > 45º)= 0.15 (buzamiento < 20º)= 1 (cuando la rotura sea por vuelco)

jtgF β22 =

ángulo de buzamiento de

las juntas

F3 refleja la relación existente entre el buzamiento de las juntas y el propio talud.

Factores de ajuste por la orientación de las juntas (F1, F2, F3)

Caso Muy favorable Favorable Normal Desfavorable Muy

desfavorable Rotura plana

Vuelco |αj – αs|

|αj – αs – 180| > 30º 30º − 20º 20º − 10º 10º − 5º < 5º

Rotura plana o vuelco

F1 0.15 0.40 0.70 0.85 1.0

|βj| < 20º 20º − 30º 30º − 35º 35 − 45º > 45º Rotura plana

F2 0.15 0.40 0.70 0.85 1.0 Vuelco F2 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

Rotura Plana Vuelco

βj – βs βj + βs

> 10º < 110º

10º − 0º 110º − 120º

0º > 120º

0 – (−10º) −

< −10º −

Rotura plana o vuelco

F3 0 −6 −25 −50 −60

Factor de ajuste por el método de excavación (F4)

Método Talud natural Precorte Voladura

suave

Voladura o excavación mecánica

Voladura deficiente

F4 +15 +10 +8 0 −8 Clases de Estabilidad

Clase V IV III II I SMR 0 − 20 21 − 40 41 − 60 61 − 80 81 − 100

Descripción Muy mala Mala Normal Buena Muy buena

Estabilidad Totalmente

inestable Inestable Parcialmente estable Estable

Totalmente estable

Roturas Grandes roturas por planos

continuos o por masa Juntas o

grandes cuñas Algunas juntas o muchas

cuñas Algunos bloques Ninguna

Actuaciones Reexcavación Corrección Sistemático Ocasional Ninguno

SMRClasificación SMR de

Laderas y TaludesLos distintos taludes se clasifican en 5 categorías (I

a V), para los cuales se recomiendan actuaciones genéricas:

SMR > 65: No son necesarias actuaciones salvo sanear el talud.

70 > SMR > 45: Serán necesarias actuaciones de protección: zanjas cazapiedras, vallas o pantallas al pie del talud, mallas de protección, dispositivos de atenuación de desprendimientos (pantallas dinámicas o estáticas), etc.

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Clasificación SMR de Laderas y Taludes

75 > SMR > 30: actuaciones de refuerzo del terreno: anclajes, etc.

60 > SMR > 20: hormigón proyectado, de relleno, contrafuertes y/o vigas, muros de pie (gaviones, escollera, hormigón), etc.

40 > SMR >10: drenaje superficial y profundo.

30 > SMR > 10: reexcavación: tendido del talud, muros de contención, falsos túneles, etc.

Desarrollada en el Instituto Geotécnico Noruego, NGI

Barton, Lien y Lunde (1974, 2000)

Variantes:

Autor/es Año País Aplicación 1 Kirsten 1982 Sudáfrica Facilidad de excavación 2 Kirsten 1983 Sudáfrica Túneles

Clasificación del NGI: Sistema Q

Sistema QEl sistema se propuso tomando como base el análisis

de una muy amplia base de datos de casos históricos (más de 210).

Es una clasificación cuantitativa (escala logarítmica: de 0.001 a 1000).

Es un sistema de ingeniería que facilita la selección y diseño de sostenimientos para túneles

Sistema QEl sistema Q se basa en la atribución de puntuaciones

a 6 parámetros:

RQDNúmero de familias de discontinuidadRugosidad de la familia de discontinuidad más desfavorableGrado de alteración o relleno en las juntas más

desfavorablesCaudal de filtraciónEstado tensional del macizo

SRFJ

JJ

JRQD

Q w

a

r

n

⋅⋅=

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Sistema Q

SRFJ

JJ

JRQD

Q w

a

r

n

⋅⋅=

RQD = designación de la calidad de la roca Jn = índice de número de familias de discontinuidad (joint set

number)Jr = índice de rugosidad de las juntas (joint roughness

number)Ja = índice de alteración de las juntas (joint alteration

number)Jw = factor de reducción por la presencia de agua en las juntas

(joint water reduction factor)SRF = factor de reducción por tensiones en el macizo

(stress reduction factor)

Sistema Q

La clasificación considera tres grupos de parámetros

Tamaño de bloque ( RQD / Jn )Resistancia a corte de las juntas ( Jr / Ja )Tensiones activas ( Jw / SRF )

Ninguno de ellos considera la orientación específicade las juntas.

Interpretación de los Parámetros

Representa la estructura del macizoEstimación grosera del tamaño medio de bloques

del macizo

nJRQD

Interpretación de los Parámetros

Representa la rugosidad y característicasfriccionales de las paredes de las juntas o del material de relleno

a

r

JJ

20

Interpretación de los Parámetros

Consta de dos parámetros tensionalesSRF puede ser visto como un parámetro de tensión total

que mide:Pérdida de carga cuando la excavación atraviesa zonas

altamente fracturadas.Tensión del macizo en rocas competentes.Cargas por fluencia en rocas plásticas incompetentes

JW es una medida de la presión de agua

SRFJw

Designación de la Calidad de la Roca (Rock Quality Designation, RQD) A 0 – 25 Muy malo B 25 – 50 Malo C 50 – 75 Aceptable D 75 – 90 Bueno E 90 – 100 Excelente

Sistema Q

Sistema Q

Coeficiente de Rugosidad de las Juntas (Joint Roughness Number, Jr) Las filas A – G incluyen los siguientes casos:

a) Las dos paredes de la junta están en contacto b) Contacto entre las dos paredes de la junta ante un desplazamiento cortante < 10 cm

A Juntas discontinuas 4 B Juntas rugosas, onduladas e irregulars 3 C Juntas lisas y onduladas 2 D Juntas onduladas perfectamente lisas 1.5 E Juntas lisas, rugosas o irregulares 1.5 F Juntas planas, lisas 1.0 G Juntas planas, perfectamente lisas 0.5 Las filas H – I incluye el siguiente caso:

c) No existe contacto entre las paredes de la junta ante un desplazamiento cortante

H Zona que contiene minerales arcillosos con un espesor suficiente para impedir el contacto de las paredes de la junta

1.0

J Zona arenosa o triturada con un espesor suficiente para impedir el contacto de las paredes de la junta 1.0

Coeficiente de Reducción por la Presencia de Agua en las Juntas (Joint Water Reduction Factor, Jw)

Presión de agua

(kg/cm2) Jw

A Excavaciones secas o pequeñas filtraciones puntuales (inferiores a 5 L/min) secas

< 1 1.0

B Filtraciones de presiones medias, con lavado ocasional de de los rellenos de las juntas

1 – 2.5 0.66

C Filtración importante a alta presión en rocas competentes con juntas sin relleno

2.5 – 10 0.5

D Filtración importante a alta presión y lavado importante de los rellenos de las juntas

2.5 – 10 0.33

E Filtraciones excepcionalmente elevadas o presiones de agua elevadas en el momento de la voladura, decreciendo esta con el tiempo

> 10 0.2 – 0.1

F Filtraciones excepcionalmente elevadas o presiones de agua elevadas y de carácter persistente. No se aprecia una significativa disminución del caudal de filtración con el tiempo

> 10 0.1 – 0.05

Sistema Q

21

Coeficiente de Alteración de las Juntas (Joint Alteration Number, Ja) a) Contacto entre los planos de junta (sin minerales de relleno intermedios) φr Ja

A Discontinuidad cerrada, dura, sin reblandecimientos, impermeable, etc. − 0.5 B Planos de discontinuidad inalterados. Superficies ligeramente manchadas 25º − 35º 1.0

C Planos de junta ligeramente alterados. Presentan minerales no reblandecibles, partículas arenosas, roca desintegrada libre de arcillas, etc. 25º −30º 2.0

D Recubrimientos de arcillas limosas o arenosas. Fracción pequeña de arcilla dura 20º − 25º 3.0

E Recubrimiento de arcillas blandas o de baja fricción (colinita, clorita, talco, yeso, grafito, micas, …) y pequeñas cantidades de arcillas expansivas

8º − 16º 4.0

b) Contacto entre los planos de junta ante un desplazamiento cortante inferior a 10 cm (rellenos de mineral de pequeño espesor) φr Ja

F Partículas arenosas, roca desintegrada libre de arcilla, etc. 25º − 30º 4.0

G Fuertemente sobreconsolidados, con rellenos de minerales arcillosos duros (continuos pero con espesores < 5 mm) 16º − 24º 6.0

H Sobreconsolidación media a baja, con reblandecimiento, rellenos de minerales arcillosos (continuos pero con espesores < 5 mm) 12º − 16º 8.0

J Rellenos de arcillas expansivas (continuos pero con espesores < 5 mm). El valor de Ja dependerá del porcentaje de partículas con tamaños similares a los de las arcillas expansivas 6º − 12º 8–12

c) No se produce contacto entre los planos de junta ante un desplazamiento cortante (rellenos de mineral de gran espesor) φr Ja

K L M

Zonas o bandas de roca desintegrada o triturada y arcillas (ver clases G, H y J para la descripción del estado de las arcillas) 6º − 24º

6, 8 ó

10−12 N Zonas o bandas de arcillas limosas o arenosas, con pequeñas fracciones de arcilla no reblandecible − 5.0 O P R

Zonas blandas o continuas de arcilla, de gran espesor (ver clases G, H y J para la descripción del estado de las arcillas)

6º − 24º 10, 13

ó 13−20

Sistema Q Clasificación del Macizo

Tipo de Macizo Q Macizo excepcionalmente malo < 0.01 Macizo extremadamente malo 0.01 – 0.10

Mazico muy malo 0.10 – 1.00 Macizo malo 1.00 – 4.00

Macizo acceptable 4.00 – 10.0 Macizo bueno 10.0 – 40.0

Macizo muy bueno 40.0 – 100.0 Macizo extremadamente bueno 100.0 – 400.0 Macizo excepcionalmente bueno 400.0 – 1000.0

Sostenimientos con el Sistema Q

ESRparedovanodellongitud

De =

Dimensión equivalente Excavation Support Ratio

Para sostenimientos temporales: Q = 5QESR = 1.5ESR

Sostenimientos

Tipo de Excavación ESR A Labores mineras de carácter temporal 2 – 5

de sección circular 2.5 B Pozos verticales de sección cuadrada 2.0

C

Galerías mineras permanentes, túneles de centrales hidroeléctricas (excluyendo las galerías de presión), túneles-piloto, galerías de avance en grandes excavaciones, cámaras de compensación hidroeléctrica

1.6 – 2.0

D Cavernas de almacenamiento, plantas de tratamiento de agua, túneles de carretera y ferrocarril secundarios, túneles de servicio

1.2 – 1.3

E Centrales eléctricas subterráneas, túneles de carretera y ferrocarril principales, refugios subterráneos de defensa civil, emboquilles e intersección de túneles

0.9 – 1.1

F Centrales nucleares y otras instalaciones subterráneas relacionadas, estaciones de ferrocarril, instalaciones públicas y deportivas, fábricas, gaseoductos

0.5 – 0.8

22

Anclajes

ESRB

L15.02 +

=

Diámetro de la excavación

Longitud de anclaje

Vano sin Sostenimiento

( ) 4.02 QESRLvano =

Carga máxima en la bóveda de un Túnel

3

0.2QJ

Pr

roof =

33

0.2

QJ

JP

r

nroof =

Si el número de familias de juntas es inferior a 3...

Sostenimientos

23

Sostenimientos Relación RMR y Q